Machines de fusion par induction

Q : Qu’est-ce que l’induction électromagnétique ?

L'induction électromagnétique a été découverte par Michael Faraday en 1831 et James Clerk Maxwell l'a décrite mathématiquement comme la loi de l'induction de Faraday. L'induction électromagnétique est un courant produit en raison de la production de tension (force électromotrice) due à un champ magnétique changeant. Cela se produit lorsqu'un conducteur est placé dans un champ magnétique en mouvement (lors de l'utilisation d'une source d'alimentation CA) ou lorsqu'un conducteur se déplace constamment dans un champ magnétique stationnaire. Conformément à la configuration donnée ci-dessous, Michael Faraday a disposé un fil conducteur attaché à un appareil pour mesurer la tension aux bornes du circuit. Lorsqu'un barreau magnétique est déplacé dans la bobine, le détecteur de tension mesure la tension dans le circuit. Grâce à son expérience, il a découvert que certains facteurs influencent cette production de tension. Ils sont:
Nombre de bobines : La tension induite est directement proportionnelle au nombre de tours/bobines du fil. Plus le nombre de tours est élevé, plus la tension produite est élevée

Changement de champ magnétique : Le changement de champ magnétique affecte la tension induite. Cela peut être réalisé soit en déplaçant le champ magnétique autour du conducteur, soit en déplaçant le conducteur dans le champ magnétique.
Vous voudrez peut-être également consulter ces concepts liés à l’induction :
Induction – Auto-induction et induction mutuelle
Électromagnétisme
Formule d'induction magnétique.

Q : Qu’est-ce que le chauffage par induction ?

Les bases de l'induction commencent par une bobine de matériau conducteur (par exemple du cuivre). Lorsque le courant circule dans la bobine, un champ magnétique est produit dans et autour de la bobine. La capacité du champ magnétique à fonctionner dépend de la conception de la bobine ainsi que de la quantité de courant circulant dans la bobine.
La direction du champ magnétique dépend du sens du flux de courant, donc un courant alternatif traversant la bobine

entraînera un changement de direction du champ magnétique au même rythme que la fréquence du courant alternatif. Un courant alternatif de 60 Hz fera changer de direction le champ magnétique 60 fois par seconde. Un courant alternatif de 400 kHz provoquera la commutation du champ magnétique 400 000 fois par seconde. Lorsqu'un matériau conducteur, une pièce à travailler, est placé dans un champ magnétique changeant (par exemple, un champ généré avec du courant alternatif), une tension sera induite dans la pièce à travailler. (Loi de Faraday). La tension induite va se traduire par un flux d’électrons : du courant ! Le courant circulant à travers la pièce à travailler ira dans la direction opposée au courant dans la bobine. Cela signifie que nous pouvons contrôler la fréquence du courant dans la pièce à travailler en contrôlant la fréquence du courant dans la pièce.

bobine. Lorsque le courant circule à travers un milieu, il y aura une certaine résistance au mouvement des électrons. Cette résistance se manifeste sous forme de chaleur (effet de chauffage Joule). Les matériaux plus résistants au flux d'électrons dégageront plus de chaleur lorsque le courant les traversera, mais il est certainement possible de chauffer des matériaux hautement conducteurs (par exemple le cuivre) à l'aide d'un courant induit. Ce phénomène est critique pour le chauffage par induction. De quoi avons-nous besoin pour le chauffage par induction ? Tout cela nous indique que nous avons besoin de deux choses fondamentales pour que le chauffage par induction se produise :
Un champ magnétique changeant

Un matériau électriquement conducteur placé dans le champ magnétique
Comment le chauffage par induction se compare-t-il aux autres méthodes de chauffage ?
Il existe plusieurs méthodes pour chauffer un objet sans induction. Certaines des pratiques industrielles les plus courantes comprennent les fours à gaz, les fours électriques et les bains de sel. Ces méthodes reposent toutes sur le transfert de chaleur vers le produit depuis la source de chaleur (brûleur, élément chauffant, sel liquide) par convection et rayonnement. Une fois la surface du produit chauffée, la chaleur est transférée à travers le produit par conduction thermique.
Les produits chauffés par induction ne dépendent pas de la convection ni du rayonnement pour transmettre la chaleur à la surface du produit. Au lieu de cela, la chaleur est générée à la surface du produit par le flux de courant. La chaleur de la surface du produit est ensuite transférée à travers le produit par conduction thermique.

La profondeur à laquelle la chaleur est générée directement à l'aide du courant induit dépend de ce qu'on appelle la profondeur de référence électrique. La profondeur de référence électrique dépend grandement de la fréquence du courant alternatif circulant à travers la pièce à travailler. Un courant de fréquence plus élevée entraînera une profondeur de référence électrique moins profonde et un courant de fréquence plus basse entraînera une profondeur de référence électrique plus profonde. Cette profondeur dépend également des propriétés électriques et magnétiques de la pièce à usiner.
Profondeur de référence électrique des hautes et basses fréquences Les sociétés du groupe Inductotherm profitent de ces phénomènes physiques et électriques pour personnaliser les solutions de chauffage pour des produits et des applications spécifiques. Le contrôle minutieux de la puissance, de la fréquence et de la géométrie des bobines permet aux sociétés du groupe Inductotherm de concevoir des équipements avec des niveaux élevés de contrôle et de fiabilité du processus, quelle que soit l'application.
Pour de nombreux procédés, la fusion est la première étape vers la production d’un produit utile ; la fusion par induction est rapide et efficace. En modifiant la géométrie de la bobine d'induction, les fours de fusion par induction peuvent contenir des charges dont la taille varie du volume d'une tasse de café à des centaines de tonnes de métal en fusion. De plus, en ajustant la fréquence et la puissance, les sociétés du groupe Inductotherm peuvent traiter pratiquement tous les métaux et matériaux, y compris, sans toutefois s'y limiter : le fer, l'acier et les alliages d'acier inoxydable, le cuivre et les alliages à base de cuivre, l'aluminium et le silicium. L'équipement à induction est conçu sur mesure pour chaque application afin de garantir qu'il soit aussi efficace que possible. Un avantage majeur inhérent à la fusion par induction est l'agitation inductive. Dans un four à induction, le matériau de charge métallique est fondu ou chauffé par un courant généré par un champ électromagnétique. Lorsque le métal fond, ce champ provoque également le mouvement du bain. C'est ce qu'on appelle l'agitation inductive. Ce mouvement constant mélange naturellement le bain, produisant un mélange plus homogène et facilite l'alliage. Le degré d'agitation est déterminé par la taille du four, la puissance appliquée au métal, la fréquence du champ électromagnétique et le type de champ électromagnétique.

nombre de métal dans le four. La quantité d'agitation inductive dans un four donné peut être manipulée pour des applications spéciales si nécessaire. Fusion sous vide par induction Étant donné que le chauffage par induction est réalisé à l'aide d'un champ magnétique, la pièce à travailler (ou la charge) peut être physiquement isolée de la bobine d'induction par un réfractaire ou un autre milieu non conducteur. Le champ magnétique traversera ce matériau pour induire une tension dans la charge contenue à l’intérieur. Cela signifie que la charge ou la pièce à travailler peut être chauffée sous vide ou dans une atmosphère soigneusement contrôlée. Cela permet le traitement des métaux réactifs (Ti, Al), des alliages spéciaux, du silicium, du graphite et d'autres matériaux conducteurs sensibles. Chauffage par inductionContrairement à certaines méthodes de combustion, le chauffage par induction est contrôlable avec précision quelle que soit la taille du lot.

La variation du courant, de la tension et de la fréquence via une bobine d'induction permet d'obtenir un chauffage conçu avec précision, parfait pour des applications précises telles que la cémentation, le durcissement et le revenu, le recuit et d'autres formes de traitement thermique. Un haut niveau de précision est essentiel pour les applications critiques telles que l'automobile, l'aérospatiale, la fibre optique, le collage de munitions, le durcissement des fils et la trempe des fils à ressort. Le chauffage par induction est bien adapté aux applications de métaux spéciaux impliquant le titane, les métaux précieux et les composites avancés. Le contrôle précis du chauffage disponible avec induction est inégalée. De plus, en utilisant les mêmes principes fondamentaux de chauffage que les applications de chauffage par creuset sous vide, le chauffage par induction peut être réalisé sous atmosphère pour des applications continues. Par exemple, le recuit brillant de tubes et tuyaux en acier inoxydable.

Soudage par induction haute fréquence
Lorsque l'induction est délivrée en utilisant un courant haute fréquence (HF), même le soudage est possible. Dans cette application, les profondeurs de référence électriques très faibles peuvent être obtenues avec le courant HF. Dans ce cas, une bande de métal est formée en continu, puis passe à travers un ensemble de rouleaux conçus avec précision, dont le seul but est de forcer les bords de la bande formée ensemble et de créer la soudure. Juste avant que la bande formée n'atteigne l'ensemble de rouleaux, elle traverse une bobine d'induction. Dans ce cas, le courant circule le long du « vé » géométrique créé par les bords de la bande au lieu de juste autour de l’extérieur du canal formé. À mesure que le courant circule le long des bords des bandes, celles-ci chauffent jusqu'à une température de soudage appropriée (inférieure à la température de fusion du matériau). Lorsque les bords sont pressés ensemble, tous les débris, oxydes et autres impuretés sont expulsés pour donner lieu à une soudure forgée à l’état solide.

L'avenir À l'ère des matériaux de haute technologie, des énergies alternatives et de la nécessité de responsabiliser les pays en développement, les capacités uniques de l'induction offrent aux ingénieurs et concepteurs du futur une méthode de chauffage rapide, efficace et précise.